高速鐵路軟土地基路基沉降穩(wěn)定分析及工后沉降預(yù)測

摘要：我國的高鐵技術(shù)已經(jīng)相當?shù)某墒?，在世界上，在高鐵界享譽美名，不過我國的成功也是經(jīng)歷了一番磨難，也是在大量的論證之后發(fā)展到了今天的水平，不僅如此我國在高鐵地基沉降方面也有著深厚的造詣，都是我們的一線工作者和策劃者智慧的結(jié)晶。

關(guān)鍵詞：高鐵;路基沉降;控制路基沉降

引言

我國經(jīng)過了十幾年的的高鐵建設(shè)和對原有鐵路的改造，已經(jīng)擁有全世界最大規(guī)模和運營速度最快的高鐵網(wǎng)絡(luò)。我國的高速鐵路能有這樣的長足發(fā)展并不是一帆風順的，而是經(jīng)過了攻克一個個技術(shù)瓶頸，全體成員不懈努力的成果。我國的高鐵憑借著建設(shè)速度快、成本低、可靠性高的優(yōu)點在世界上的的很多國家非常的受歡迎，不僅如此，我們的高鐵一步步的發(fā)展到今天的水平是有著充分的輪著基礎(chǔ)的[1]。

1.高速鐵路路基沉降對鐵路和對工期的影響

高速鐵路的路基如果沉降過于嚴重對鐵路的本身危害非常大，高速鐵路要為列車的高速行駛提供一個平、順和穩(wěn)定的鐵軌基礎(chǔ)，而路基作為軌道結(jié)構(gòu)的基石，必須在列車運行條件下將線路軌道的沉降百分比保持在要求的標準范圍之內(nèi)，這無疑就是對高速鐵路的路基沉降穩(wěn)定性提出了更高的要求，所以當高速鐵路通過軟土地基時，地基沉降的穩(wěn)定性以及工后沉降的預(yù)測就成了高鐵基設(shè)計和施工的關(guān)鍵。路基是鐵路的基礎(chǔ)，路基的沉降一定會引起鐵軌的不平整，導(dǎo)致鐵路存在很多安全隱患和害處，其中比較突出的就是起拱、波浪、接縫不水平、碾壓車轍、橋頭和涵洞端路基沉降、橋梁伸縮縫的跳車等等，嚴重破壞和影響了列車的快速安全運行[2]。不僅不能滿足于客運的要求，而且還會加大運輸成本，增加運輸時間，增加養(yǎng)護維修費用，減少使用壽命，降低社會經(jīng)濟效益，降低旅客舒適度，危及行車安全等。路基的沉降會給施工難度和施工強度帶來很大的困難，在鐵軌的鋪設(shè)時還要調(diào)整路基達到一致的高度，并且還需要考慮將來列車運行時不同時間段不同路段和不同地質(zhì)情況的不同沉降量，會對施工的效率大打折扣。

2.如何控制路基沉降

接下來我們來說一說我國對軌道路基沉降的控制理念，在自重和列車的長期作用下，鐵路的路基避免不了會產(chǎn)生一定的下沉變形，從時間而言，路基的沉降可分為路基在填筑過程中至竣工驗收前所產(chǎn)生的沉降，以及路基在鋪軌完成后所產(chǎn)生的沉降即所謂工后沉降。路基施工沉降是在路基施工過程中產(chǎn)生的沉降，不怎么會影響實際的工程實施，因為要填筑到設(shè)計標高后，才會進行鋪軌工程的施工。工后沉降是指在鋪軌工程全部結(jié)束后，整個路基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沉降，即為路基最終沉降量與鋪軌完成時已有沉降量之差。由于工后沉降是指鋪設(shè)軌道后出現(xiàn)的，因而不能通過控制路基工程本身加以克服的沉降，將會對后期的運營產(chǎn)生較大的影響，是對路基沉降的重點控制對象。通常來說，鐵路路基工后沉降一般分為三個步驟，（1）路基填土在自重及上部壓力的作用下產(chǎn)生的壓密沉降;（2）路基基床在動荷載作用下的彈性變形和累積塑性變形;（3）地基在軌道、路堤自重及列車作用下的殘余沉降。第一部分的沉降和路基的填料和壓實質(zhì)量有密切關(guān)系，從國外高速鐵路的經(jīng)驗和實測資料可以看出，路堤填土的壓實壓密沉降主要是與路基填筑施工的壓實密度相關(guān)，該部分沉降一般在路基竣工后一年時間內(nèi)完成，若施工組織安排妥當，并有一定的放置工期，路基本體的壓密沉降可不計入工后沉降。第二部分沉降與列車自重、運行頻率、軌道結(jié)構(gòu)以及基床質(zhì)量有關(guān)，由于高速鐵路對路基基床結(jié)構(gòu)提出了特殊要求，在列車動荷載作用下一般小于5mm;第三部分是工后沉降的主要組成部分，特別是當?shù)鼗鶠檐浫跽承酝習r，沉降量大完成時間長，如果不采取有效的控制措施，下沉量高達數(shù)十厘米，時間長達數(shù)十年，因此控制路基沉降主要是控制地基的工后沉降。

3.我國對沉降采取主要方法

在天然地基無法滿足結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定或沉降要求時就需要對其進行地基處理。目前我國京石、石武、成灌、西寶、貴廣等多條高鐵線常用的路基地基處理方法有以下幾種。

（1）換填墊層法

換填墊層法就是指全部或部分挖除軟土，換填砂、礫、卵石、片石等滲水性材料或強度較高的黏性土、灰土等。換填厚度根據(jù)置換軟弱土的深度以及下臥土層的承載力確定，厚度一般為0.5m～3m。墊層法施工時，應(yīng)先將處理的濕陷性軟土挖出，然后利用挖出的粘性土或其他粘性土作為原料經(jīng)過篩分后，在最佳含水量的狀態(tài)下，將其分層回填夯實，單層最大鋪設(shè)厚度不得大于30cm。

（2）水泥土攪拌樁復(fù)合地基

水泥攪拌樁復(fù)合地基作為地基加固新技術(shù)之一，水泥土攪拌樁適用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、黏性土、粉土、粉細砂、中粗砂、飽和黃土等土層，利用水泥作為固化劑的主體，通過攪拌機械，將地基土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和土之間所產(chǎn)生的一系列物理和化學反應(yīng)，使土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的樁體，借鑒以前的地基處理的成功經(jīng)驗，提出了深層攪拌法加固飽和軟土地基的方法，加固后的地基承載力可提高一倍以上，工程費用比常用的混凝土灌注樁低20到25%，經(jīng)濟效益明顯[3]。

（3）旋噴樁復(fù)合地基

旋噴樁興起于二十世紀七十年代的高壓噴射注漿法，八、九十年代在全國得到全面發(fā)展和應(yīng)用。實踐證明此法對處理淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等有良好的效果。

旋噴樁是利用鉆機將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設(shè)計高程，將預(yù)先配制好的漿液通過高壓發(fā)生裝置使液流獲得20～40MPa的能量后，從注漿管邊的噴嘴中高速噴射出來，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分攪拌混合，在土中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體，從而使地基得到加固。施工中一般分為兩個工作流程，即先鉆后噴，再下鉆噴射，然后提升攪拌，保證每米樁漿土比例和質(zhì)量。

（4）水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基

水泥粉煤灰碎石樁簡稱CFG樁，適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基，是在碎石樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以一定配合比率的石屑、粉煤灰和少量的水泥加水拌和后制成的一種具有一定膠結(jié)強度的樁體。CFG樁因其在沉降方面具有獨特優(yōu)勢，已成為高速鐵路地基加固廣泛應(yīng)用的方法。

（5）樁板結(jié)構(gòu)

對于深厚軟弱地基、濕陷性黃土地基、橋隧間短路基過渡段等基礎(chǔ)變形控制嚴格的地段可以采用樁板結(jié)構(gòu)。樁板結(jié)構(gòu)是一種能很有效控制沉降的一種方法，其造價較高，在無砟軌道鐵路上有適當應(yīng)用。

樁板結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土樁、托梁和承載板，或鋼筋混凝土樁和承載板組成，樁一般選用機械成孔灌注樁，也可以采用預(yù)制打入（壓入）樁。

（6）孔內(nèi)深層強夯擠密法

它是先成孔，再向孔內(nèi)填料以重錘在孔內(nèi)進行沖擊夯實，使填料向孔周側(cè)向擠壓，而形成一種復(fù)合地基，其特點：加固深度大、夯擊能量大、樁體是不等徑串珠狀、填充材料很廣泛。

（7）沖擊壓實技術(shù)

沖擊壓實技術(shù)主要是利用運動中的三葉或五葉凸形輪來產(chǎn)生瞬間的豎向振動荷載，振動荷載向路基快速傳遞能量，傳給路基的能量是壓縮波、剪切波和瑞利波聯(lián)合傳遞的。壓縮波的質(zhì)點運動是屬于平行波陣面方向的一種拉壓運動，這種波使孔隙水壓力增大，土的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由疏松變?yōu)榫o密。使解體的土顆粒移動、錯位，這樣的多次重復(fù)，使土顆粒處于密實狀態(tài)。

4.我國目前加速固結(jié)沉降的方法是堆載預(yù)壓法

堆載預(yù)壓法的基本原理是，利用堆載作用預(yù)先將路基填筑土石方充分壓縮固結(jié)，達到基本上消除設(shè)計永久荷載長期作用下所產(chǎn)生的沉降，使鐵路的路基在使用過程中不產(chǎn)生大的沉降變形。可分為超載預(yù)壓和等載預(yù)壓。其適用于對壓縮性大、透水性好的泥炭地基及壓縮性大、透水性較差但施工工期較長的軟土地基處理。在前面幾種地基處理方法的基礎(chǔ)上進行堆載預(yù)壓，能快速、有效、可靠的控制路基沉降，使工后沉降達到控制標準。同時，采用高精度測量設(shè)備對路基工程進行實時的沉降觀測加強過程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，從而確保路基工程的正常使用壽命和安全性。堆載

預(yù)壓法現(xiàn)在是我國比較成熟的方法，相比于前面的幾種方法，此法更快、更可靠。

對工后路基的實時觀測也是非常重要的，隨時隨地掌握路基的沉降情況，有利于更好地了解和解決路基可能發(fā)生的突發(fā)情況，避免不必要的損失。雖然我國在這方面采取了許多的舉措，但是在實際的工作中沉降控制仍有許多方面的問題需要解決，其中工后沉降控制的標準有待提高，現(xiàn)在的標準僅僅對于無砟軌道的不均勻控制沉降控制標準，但是從理論來說沉降的控制是對不均勻的沉降控制，不過有砟軌道是通過控制工后沉降的量來保證線路的均勻沉降。盡管這樣，對情況復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境的沉降也應(yīng)該因地制宜，不能統(tǒng)一概括。

結(jié)論：總而言之，我國的高鐵已經(jīng)取得了全世界矚目的成績，就連英國的首相卡梅倫也對我國的高鐵稱贊不已。而路基作為整條鐵路的最重要的也是最底層的建筑，路基的質(zhì)量也決定了整條鐵路的質(zhì)量，并且也決定了列車的舒適度和安全。

5.結(jié)論

高速鐵路的路基如果沉降過于嚴重對鐵路的本身危害非常大，高速鐵路要為列車的高速行駛提供一個平、順和穩(wěn)定的鐵軌基礎(chǔ)，而路基作為軌道結(jié)構(gòu)的基石，必須在列車運行條件下將線路軌道的沉降百分比保持在要求的標準范圍之內(nèi)，這無疑就是對高速鐵路的路基沉降穩(wěn)定性提出了更高的要求，所以當高速鐵路通過軟土地基時，地基沉降的穩(wěn)定性以及工后沉降的預(yù)測就成了高鐵基設(shè)計和施工的關(guān)鍵。

參考文獻：

[1]朱凌.京滬高速鐵路CFG樁復(fù)合地基路基沉降預(yù)測分析[D].西南交通大學，2014.

[2]任文峰，王星華，韓曉飛.高速鐵路軟土路基沉降試驗研究[J].水利與建筑工程學報，2010，04：65-68.

[3]王祥.高速鐵路軟土路基采用粉噴樁處理的沉降預(yù)測與控制[J].巖石力學與工程學報，2007，08：1728